Laboratorio de VoIP para el entrenamiento de los especialistas de ETECSA

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(1)Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones. TRABAJO DE DIPLOMA Laboratorio de VoIP para el entrenamiento de los especialistas de ETECSA Autor: Giselle Gómez Reyes Tutor: MSc. Rubersy Ramos García. Santa Clara 2016 "Año 58 de la Revolución".

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones. TRABAJO DE DIPLOMA Laboratorio de VoIP para el entrenamiento de los especialistas de ETECSA Autor: Giselle Gómez Reyes [email protected] Tutor: MSc. Rubersy Ramos García [email protected]. Santa Clara 2016 "Año 58 de la Revolución".

(3) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Tutor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) i. PENSAMIENTO. “Me lo contaron y lo olvidé, lo vi y lo entendí, lo hice y lo comprendí”. Confusio.

(5) ii. DEDICATORIA. Dedico este proyecto a mis padres Grisel Reyes Artiles y Victor Gómez Rodríguez y a mi abuela Bertha Artiles Rinvau, quienes me supieron guiar en todas las etapas de mi vida hasta convertirme en la mujer que soy hoy, llena de confianza en momentos en los que un obstáculo puede impedir alcanzar una meta y por lo cual, siempre los llevaré en mi corazón..

(6) iii. AGRADECIMIENTOS. Gracias a mi familia, en especial a mis padres, tíos y abuelos, por el gran esfuerzo, el cariño y la dedicación que me han brindado siempre y la confianza que han depositado en mí, al creer que podía lograr cumplir con esta meta tan importante que representa el inicio de mi vida como profesional. Espero hacerlos sentir orgullosos de este logro que considero que hemos alcanzado todos juntos y de los que están por venir también. A mis amigos, que incluso desde la distancia supieron tenderme su mano y ser pacientes conmigo, sacrificarse y brindarme su amor para hacer esta etapa de mi vida inolvidable. A mi tutor de tesis Rubersy Ramos García, por brindarme su apoyo en la elaboración de este documento y guiarme durante esta etapa, demostrando que más allá de ser un tutor es un excelente amigo. A mis compañeros de aula, con quienes estudié esta hermosa carrera. A mis profesores de la facultad, por impartirnos sus conocimientos y valores. A todas las personas que han aportado con sus consejos y experiencias a mi formación tanto personal como profesional..

(7) iv. TAREA TÉCNICA. 1. Búsqueda de información en la literatura actualizada sobre la importancia de los laboratorios en la enseñanza de la Telemática, específicamente de la tecnología VoIP. 2. Búsqueda de información en la literatura actualizada sobre las principales características de una infraestructura de laboratorio de la tecnología VoIP. 3. Análisis de las principales soluciones de hardware y software utilizadas en la actualidad en laboratorios VoIP. 4. Implementación de una infraestructura de laboratorio VoIP. 5. Elaboración de prácticas de laboratorio que se puedan ejecutar sobre una infraestructura de laboratorio implementada. 6. Elaboración del documento de tesis.. Firma del Autor. Firma del Tutor.

(8) v. RESUMEN. En la docencia de la Ingeniería Telemática los laboratorios de redes son parte fundamental al permitir a los estudiantes poner en práctica los conocimientos adquiridos, específicamente en la enseñanza de la tecnología VoIP el trabajo de laboratorio permite a los estudiantes aprender haciendo. La presente investigación se centra en la tecnología VoIP y las distintas soluciones disponibles que puedan ser utilizadas en la docencia, teniendo como objetivo principal la implementación de una infraestructura de laboratorio VoIP para su uso en la capacitación de los especialistas de ETECSA. También se exponen detalles técnicos de Elastix, una popular solución de software libre, así como de algunas herramientas necesarias para el estudio de los protocolos implicados en esta tecnología. Además se realiza una propuesta de prácticas que se pueden ejecutar sobre la infraestructura implementada..

(9) vi TABLA DE CONTENIDOS PENSAMIENTO .....................................................................................................................i DEDICATORIA .................................................................................................................... ii AGRADECIMIENTOS ........................................................................................................ iii TAREA TÉCNICA ................................................................................................................iv RESUMEN ............................................................................................................................. v INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 1 CAPÍTULO 1. 1.1. Entorno para la enseñanza de la tecnología VoIP ..................................... 5. Experiencias docentes .............................................................................................. 5. 1.1.1. Contribución del trabajo de laboratorio en la formacion académica ................ 5. 1.1.2. Sistemas de VoIP en la docencia ...................................................................... 6. 1.1.3. Criterios de diseño de un laboratorio de la tecnología VoIP ............................ 7. 1.2. Componentes y características de las infraestructuras VoIP.................................... 8. 1.2.1. Protocolos de señalización ................................................................................ 8. 1.2.2. Códecs VoIP ................................................................................................... 12. 1.2.3. Equipamiento .................................................................................................. 13. 1.2.4. Tipos de arquitecturas ..................................................................................... 15. 1.2.5. Calidad de Servicio en VoIP ........................................................................... 16. 1.2.6. Seguridad ........................................................................................................ 18. 1.3. Soluciones de hardware y software de la tecnología VoIP .................................... 19. 1.3.1. Soluciones de hardware .................................................................................. 19. 1.3.2. Soluciones de software ................................................................................... 19. 1.3.3. Comparativa de las soluciones ........................................................................ 21. 1.4. Conclusiones del capítulo ...................................................................................... 23.

(10) vii CAPÍTULO 2. 2.1. Implementación de la infraestructura de laboratorio VoIP ..................... 25. Diseño de la arquitectura ........................................................................................ 25. 2.1.1. Requerimientos ............................................................................................... 25. 2.1.2. Modelo funcional de la arquitectura del laboratorio VoIP ............................. 28. 2.2. Implementación de la distribución Elastix ............................................................. 29. 2.2.1. Características ................................................................................................. 30. 2.2.2. Funcionalidades .............................................................................................. 30. 2.2.3. Selección de la versión de Elastix para el laboratorio VoIP ........................... 32. 2.2.4. Instalación de Elastix ...................................................................................... 33. 2.2.5. Interfaz de Administración WEB ................................................................... 34. 2.3. Herramientas para el estudio de los protocolos en VoIP ....................................... 35. 2.3.1. Wireshark ........................................................................................................ 36. 2.3.2. TCPdump (Windump) .................................................................................... 36. 2.3.3. CommView ..................................................................................................... 37. 2.3.4. CommView for WiFi ...................................................................................... 37. 2.3.5. Tabla comparativa de los principales analizadores de protocolos .................. 38. 2.4. Conclusiones del capítulo ...................................................................................... 38. CAPÍTULO 3.. Elaboración de prácticas de laboratorio de VoIP .................................... 40. 3.1. Procedimiento para la elaboración de prácticas de laboratorio .............................. 40. 3.2. Módulos de prácticas de laboratorio ...................................................................... 41. 3.2.1. Práctica No. 1: Configuración del servicio PBX en Elastix (creación de. extensiones, grabaciones del sistema, IVR, Follow me)............................................... 41 3.2.2. Práctica No. 2: Configuración de las extensiones en la consola de comandos. de Elastix....................................................................................................................... 45.

(11) viii 3.2.3. Práctica No. 3: Análisis de protocolos de señalización y transporte a partir del. establecimiento de una llamada entre clientes VoIP .................................................... 47 3.2.4. Práctica No. 4: Configuración de un enlace troncal con otro servidor Elastix 49. 3.2.5. Práctica No. 5: Configuración de otros servicios de Elastix (Correo. Electrónico y Mensajería Instantánea) .......................................................................... 51 3.3. Conclusiones del capítulo ...................................................................................... 53. CONCLUSIONES ................................................................................................................ 54 RECOMENDACIONES ....................................................................................................... 56 GLOSARIO .......................................................................................................................... 57 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 60 ANEXOS .............................................................................................................................. 66 Anexo A. Mensajes SIP ............................................................................................... 66. Anexo B. Entornos de trabajo en las estaciones de los estudiantes............................. 67. Anexo C. Otras funcionalidades de Elastix ................................................................. 68. Anexo D. Proceso de instalación de Elastix ................................................................ 70. Anexo E. Ejecución de la Práctica No. 1: Configuración del servicio PBX en Elastix. (creación de extensiones, grabaciones del sistema, IVR, Follow me) .............................. 79 Anexo F. Ejecución de la Práctica No. 2: Configuración de las extensiones en la. consola de comandos de Elastix ....................................................................................... 91 Anexo G. Ejecución de la Práctica No. 3: Análisis de protocolos de señalización y. transporte a partir del establecimiento de una llamada entre clientes VoIP ..................... 98 Anexo H. Ejecución de la Práctica No. 4: Configuración de un enlace troncal con otro. servidor Elastix ............................................................................................................... 112 Anexo I. Ejecución de la Práctica No. 5: Configuración de otros servicios de Elastix. (Correo Electrónico y Mensajería Instantánea) .............................................................. 119.

(12) INTRODUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN. En la docencia de la Ingeniería Telemática los laboratorios de redes son parte fundamental, al permitir a los estudiantes poner en práctica los conocimientos adquiridos. Por ello es de gran importancia que dichos laboratorios permitan la implantación de escenarios variados de prácticas, versátiles y de cierta amplitud. Sin embargo, la implantación de dichos laboratorios, si se lleva a cabo basada exclusivamente en equipamiento físico, puede requerir una inversión elevada, así como un costo de mantenimiento significativo. Las técnicas de virtualización pueden contribuir en gran medida a ampliar las posibilidades de un laboratorio de redes, al permitir la construcción de escenarios de prácticas en los que una parte o incluso todos los elementos, no son equipos físicos sino que son máquinas virtuales, ejecutándose en un servidor de virtualización. La cada vez mayor potencia del hardware disponible (equipos cada vez más rápidos en términos de CPU, memoria, disco, etc.) brinda este enfoque que, sin reducir el interés pedagógico de las prácticas, permite su despliegue con costos reducidos en comparación con los escenarios totalmente basados en infraestructura física [1]. En el mundo de las tecnologías que permiten las comunicaciones de voz, específicamente Voz sobre IP (VoIP), también se han implementado plataformas para establecer técnicas virtuales de telefonía empleando software con la capacidad de ejecutar las mismas operaciones que los centros de conmutación, lo cual significa evolucionar los procedimientos basados en hardware hacia otros virtualizados mediante software [2]. Las instituciones educativas tecnológicas son protagonistas en este aspecto dado el interés por preparar a sus estudiantes en el conocimiento y manejo de esta tecnología. Lo anterior se justifica por la gran aceptación que ha tenido el proceso de envío de paquetes de voz que define en sí a la tecnología VoIP, calificada como eficiente y como una opción viable en el ámbito empresarial y personal [3]..

(13) INTRODUCCIÓN. 2. En Cuba son variados los ejemplos en los que se han llevado a cabo el estudio, la configuración y puesta en funcionamiento de servicios VoIP a partir de soluciones basadas tanto en hardware como en programas de software libre [4], [5]. Generalmente los propósitos son satisfacer las necesidades telefónicas de la institución como es el caso de la Universidad de Pinar del Río con la implementación de un servicio VoIP para brindar a los usuarios la posibilidad de establecer comunicaciones de voz en tiempo real. En la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas (UCLV) también existen antecedentes de estos proyectos pero con una visión más amplia y entre ellos el desarrollo de una infraestructura de laboratorio VoIP que permite alcanzar niveles de docencia e investigación adecuados, utilizando una solución de software libre y de código abierto que facilita las investigaciones científicas y el desarrollo de aplicaciones [6]. La Empresa de Telecomunicaciones de Cuba S.A. (ETECSA), como operador de las telecomunicaciones en Cuba, no puede resultar ajena a la evolución que presentan hoy las tecnologías de trasmisión de datos, por tal razón es importante que sus especialistas estén capacitados en los fundamentos teóricos y prácticos de la tecnología de VoIP que representa en la actualidad una oportunidad muy grande de desarrollo profesional. Dado los aspectos anteriores se torna necesario disponer de un laboratorio o ambiente de pruebas de dicha tecnología para la capacitación de los especialistas de ETECSA en las áreas de análisis y diseño de redes de voz y de datos [7]. Teniendo en cuenta los aspectos anteriores, se plantea el siguiente problema de investigación: ¿Cuál sería la infraestructura de laboratorio necesaria para capacitar y elevar las competencias de los especialistas de ETECSA sobre la tecnología VoIP? Para dar cumplimiento al problema de investigación, se propone el siguiente objetivo general: Implementar una infraestructura de laboratorio de VoIP para su uso en la capacitación de los especialistas de ETECSA. Para resolver el problema de investigación y dar cumplimiento al objetivo general, se plantean los siguientes objetivos específicos:.

(14) INTRODUCCIÓN. . 3. Describir las características principales de infraestructuras de laboratorio de VoIP utilizadas para el aprendizaje de esta tecnología.. . Analizar las distintas soluciones de hardware y software disponibles en la actualidad que pueden ser utilizadas en un laboratorio de VoIP.. . Diseñar una infraestructura de laboratorio que permita configurar y proveer servicios de VoIP para ser utilizada en la capacitación de los especialistas de ETECSA.. . Elaborar las prácticas que se puedan ejecutar sobre el laboratorio de VoIP implementado, que proporcionen a los especialistas el conocimiento y las habilidades necesarias en esta tecnología.. A partir de cada objetivo específico se crean interrogantes científicas, a las cuales se les dan respuestas en el desarrollo de la investigación: . ¿Cuáles son las principales características de las infraestructuras de laboratorio de VoIP?. . ¿Qué soluciones de software o hardware son las más propicias para utilizar en un laboratorio de esta tecnología?. . ¿Qué pasos seguir para desarrollar una infraestructura de laboratorio que permita configurar y proveer servicios de VoIP?. . ¿Qué prácticas de laboratorio pueden ejecutarse sobre la infraestructura de laboratorio VoIP desarrollada?. Para cumplir los objetivos establecidos, el informe de la investigación se estructuró en: resumen, introducción, tres capítulos, conclusiones, recomendaciones, glosario, referencias bibliográficas y anexos. En el primer capítulo se explica la contribución del trabajo de laboratorio en la capacitación y se describen los diferentes componentes y características que conforman una infraestructura VoIP, así como las distintas soluciones de hardware y software más utilizadas en laboratorios de esta tecnología, concluyendo con una comparativa para determinar la mejor opción..

(15) INTRODUCCIÓN. 4. En el segundo capítulo se realiza el diseño de la infraestructura de laboratorio de VoIP para el Centro de Formación Regional de ETECSA en Villa Clara, exponiendo requerimientos como el espacio físico, el hardware y el software necesarios para la implementación del laboratorio. También se describen las herramientas que facilitan el aprendizaje y comprensión de los protocolos VoIP y se determina la más conveniente para utilizar en el laboratorio. Por último, en el capítulo tercero se elaboran algunas de las prácticas de laboratorio que se pueden ejecutar sobre la infraestructura de laboratorio VoIP implementada..

(16) CAPÍTULO 1. ENTORNO PARA LA ENSEÑANZA DE LA TECNOLOGÍA VOIP. 5. CAPÍTULO 1. Entorno para la enseñanza de la tecnología VoIP. En la actualidad los laboratorios para la enseñanza de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TIC) adquieren mayor importancia, por lo que su uso en la capacitación de los profesionales constituye una alternativa efectiva. En el presente capítulo se resume la contribución de los laboratorios en la formación de profesionales, específicamente se mencionan ejemplos de prácticas de laboratorios de VoIP utilizadas en varias universidades del mundo. Además, se presentan los principales componentes y características de las infraestructuras VoIP y se analizan algunas soluciones de hardware y software que pueden ser utilizadas en ambientes de prueba de esta tecnología. 1.1. Experiencias docentes. El desarrollo alcanzado en los últimos años por las TIC ha acelerado el proceso de informatización, promoviendo profundos cambios en los que la información y el conocimiento se van convirtiendo en recursos productivos de importancia singular. En estas nuevas circunstancias las empresas, a fin de promover su competitividad, impulsan la introducción de los nuevos paradigmas pedagógicos que permiten la “virtualización” paulatina de los procesos de formación de sus recursos humanos, incorporando las TIC [8]. Como parte del Nuevo Paradigma Educativo se encuentran los laboratorios, esenciales en el desarrollo experimental durante la enseñanza y el adiestramiento en diferentes tecnologías de interés y entre estas la tecnología VoIP. 1.1.1. Contribución del trabajo de laboratorio en la formacion académica. Suele ser ampliamente admitido, tanto por investigadores como por educadores, que las prácticas de laboratorio deben ser un componente fundamental de la enseñanza/aprendizaje,.

(17) CAPÍTULO 1. ENTORNO PARA LA ENSEÑANZA DE LA TECNOLOGÍA VOIP. 6. especialmente durante la escolaridad básica. Dicha actividad consiste en el uso de material de laboratorio para reproducir un fenómeno o para analizar una parte del mundo a estudiar [9]. Las razones apuntadas para implicar a los estudiantes en la realización de prácticas de laboratorio tienden a apoyarse en su potencialidad para abordar objetivos relacionados con el aprendizaje del conocimiento conceptual y procedimental, aspectos relacionados con la metodología científica, la promoción de capacidades de razonamiento, concretamente de pensamiento crítico y creativo, y el desarrollo de actitudes como de apertura de mente, de objetividad y de desconfianza ante aquellos juicios de valor que carecen de las evidencias necesarias [9]. Varios estudios de psicología cognitiva demuestran que las personas adquieren mejor el conocimiento con la actividad práctica y reflexionando sobre las consecuencias de sus acciones que mirando o escuchando a alguien que les cuenta lo que deben aprender [10]. Los laboratorios, a partir de una situación problemática y siempre con una supervisión, pueden servir para que el estudiante experimente, visualice y obtenga respuestas a sus inquietudes. Además, permiten fomentar el trabajo en equipo, la interdisciplinariedad, promover la participación, la innovación, generar disciplina y orden, valores éticos y sociales y desarrollar competencias [10]. En la enseñanza de la tecnología VoIP específicamente, las prácticas de laboratorio tienen una gran importancia pues van más allá del aprendizaje de conceptos y permiten integrar teoría y práctica en un mismo nivel, logrando que el estudiante aprenda haciendo mientras prueba, ensaya y practica. 1.1.2. Sistemas de VoIP en la docencia. La VoIP es una tecnología que permite integrar en una misma red (basada en protocolo IP) las comunicaciones de voz y datos. Uno de los principales beneficios que proporciona trabajar con la voz digitalizada y paquetizada está relacionado con la reducción notable de los costos de operación, lo cual ha facilitado su implantación en diferentes ambientes. Con el avance de esta tecnología, se ha establecido un contacto directo entre la enseñanza y el entusiasmo de adquirir conocimientos. Esto supone una ventaja a la hora de interactuar con esta, ya que generalmente la tendencia es a utilizar recursos sin tener conocimiento sobre su verdadero funcionamiento [11]..

(18) CAPÍTULO 1. ENTORNO PARA LA ENSEÑANZA DE LA TECNOLOGÍA VOIP. 7. En la actualidad muchos fabricantes de soluciones de comunicaciones han apostado por desarrollar sistemas para ofrecer comunicaciones unificadas. Las soluciones que implementan una PBX IP a nivel de software han facilitado la implementación de los servicios de comunicaciones, incluyendo la utilización de estas infraestructuras para la ejecución de prácticas de laboratorio, de tal manera que el uso de estos sistemas para la enseñanza de la tecnología VoIP se torna esencial. Algunos ejemplos de instituciones en las que se han impartido estas prácticas de laboratorios son [11]: . Universidad Carlos III de Madrid. Transmisión de datos: desarrollo de prácticas de configuración de sistemas y conexiones VoIP, así como de teléfonos IP.. . Teleco UEM (Universidad Europea de Madrid): desarrollo de prácticas en apoyo a temas impartidos sobre gestión de redes IP, protocolos SIP y otros.. . Universidad Nacional Autónoma de México, Facultad de Ingeniería. Telefonía digital: desarrollo de prácticas para la instalación y configuración de laboratorios VoIP con servidor de software libre.. . Universidad Francisco Gavidia. Tecnología innovación y calidad: Telemática I: desarrollo de prácticas de instalación y configuración del protocolo IP en diferentes dispositivos de laboratorio.. 1.1.3. Criterios de diseño de un laboratorio de la tecnología VoIP. Para la puesta en funcionamiento de un laboratorio de la tecnología VoIP que posibilite la formación completa de los estudiantes en cuanto a esta tecnología y permita la realización de prácticas que desarrollen las capacidades de los mismos, deben considerarse determinados aspectos que incluso pueden definirse como ventajas que presenta la propia infraestructura de laboratorio. Entre estos criterios podemos encontrar los siguientes [12]: Funcionalidad elevada: El equipamiento del laboratorio ha de permitir que los estudiantes realicen actividades que les permitan afianzar sus conocimientos en cuanto a la tecnología VoIP. Independencia: El diseño del laboratorio debe permitir que los diferentes grupos reducidos de estudiantes trabajen con esta tecnología de forma simultánea e independiente y sin injerencias entre grupos..

(19) CAPÍTULO 1. ENTORNO PARA LA ENSEÑANZA DE LA TECNOLOGÍA VOIP. 8. Visibilidad: Los estudiantes deben poder observar y acceder físicamente a los equipos y a las conexiones y en caso de virtualización a los software correspondientes. Robustez: Este laboratorio será utilizado por muchos estudiantes que realizarán prácticas especializadas, por lo que tendrán acceso a múltiples funcionalidades y puede que en algunos casos, con privilegios de administrador. Por ello, será esencial poder volver a un estado estable del laboratorio así como poder realizar modificaciones en los equipos o servidores PBX IP de forma simple. Flexibilidad: El laboratorio debe presentar el mayor grado de flexibilidad posible en cuanto al uso de la tecnología implantada (convergencia de técnicas telefónicas, complejidad de la red a estudiar, etc.). 1.2. Componentes y características de las infraestructuras VoIP. Las infraestructuras VoIP se utilizan tanto en entornos de producción como en entornos de prueba (laboratorios VoIP). A continuación se describen los principales componentes y características de estas [3]: 1.2.1. Protocolos de señalización. La señalización en VoIP tiene un papel muy importante en la red ya que es la encargada de establecer, mantener, administrar y finalizar una conversación entre dos puntos. Además de ofrecer funciones de supervisión, marcado, llamada y retorno de tonos de progreso; también se encarga de proveer QoS en cada canal de transmisión [13]. A continuación se describen algunos de los protocolos de señalización utilizados en esta tecnología [14]. H.323 Primer estándar VoIP, desarrollado en 1996 por el ITU-T, es protocolo muy complejo y fue originalmente pensado para videoconferencias. Este provee especificaciones para conferencias interactivas en tiempo real, para compartir datos y audio como aplicaciones VoIP [15], [16]. No garantiza la calidad de servicio, y en el transporte de datos puede, o no, ser fiable. Además, es independiente de la topología de la red y admite gateways, permitiendo usar más de un canal de cada tipo (voz, video, datos) al mismo tiempo [17]. La topología clásica de una red basada en H.323 es la siguiente [17]:.

(20) CAPÍTULO 1. ENTORNO PARA LA ENSEÑANZA DE LA TECNOLOGÍA VOIP. 9. Terminal H.323: Es un punto final en la red que proporciona comunicaciones bidireccionales en tiempo real con otro terminal H.323, gateway o MCU. Esta comunicación consta de señales de control, indicaciones, audio, imágenes con colores en movimiento, o datos entre los dos terminales [18]. Pasarela (Gateway): Proporciona comunicaciones bidireccionales en tiempo real entre terminales H.323 en la red IP y otros terminales con la PSTN, o bien sea con otro gateway. En general, su función es convertir la señal de voz del teléfono analógico convencional en datos digitales y enviarlos a través de la red IP hacia otro gateway donde la señal analógica es reconstruida para luego ser enviada al teléfono del abonado de llamada [19]. Gatekeepers (GK): Proporciona servicios al resto de elementos. Es un elemento opcional de la arquitectura pero su inexistencia limita el servicio de transferencia de medios. Las funciones que proporciona son: traducción de direcciones, autorización de llamadas, control de admisión, control de zonas, gestión de ancho de banda, gestión de llamadas, reserva de ancho de banda, servicios de directorio, entre otras [20]. MCU: La Unidad de Control Multipunto es la encargada de dar soporte a las conferencias entre tres o más puntos finales permitiendo la comunicación multipunto. Los MCUs se dividen en dos partes [21], [22]: . Controlador Multipunto: componente obligatorio que proporciona la capacidad de negociación y control de los miembros del grupo. . Procesador Multipunto: componente opcional que se encarga de realizar las funciones de centralización del procesamiento de audio, video y/o flujos de datos. El H.323 comprende una serie de estándares y protocolos que forman parte en el establecimiento y mantenimiento de conferencias multimedia [23], [24]. Señalización: . Q.931, se utiliza para establecer la primera conexión entre dos terminales [22].. . RAS, establece un canal para las comunicaciones entre los terminales y su Gatekeeper el cual los registra y admite, y además guarda información relativa al estado de cada terminal de su zona [25]..

(21) CAPÍTULO 1. ENTORNO PARA LA ENSEÑANZA DE LA TECNOLOGÍA VOIP. . 10. H.245, se encarga del control de la comunicación multimedia especificando los mensajes de apertura y cierre de canales lógicos de comunicación de audio, video y datos, junto con sus controles e indicadores [25].. Flujos de audio y video: . La transmisión multimedia (video, voz y texto) entre agentes H.323 se realiza utilizando el protocolo RTP (Real-Time Transport Protocol) [25].. . Para detectar situaciones de congestión de la red y de ser necesario tomar acciones correctivas es utilizado el protocolo RTCP (Real Time Control Protocol) [22].. Transporte: . La transmisión de la voz es realizada sobre paquetes UDP y aunque este protocolo no ofrece integridad sobre los datos, si hay un mayor aprovechamiento del ancho de banda en comparación con TCP [22].. SIP El protocolo SIP (Session Initiation Protocol) fue definido por el IETF y permite el establecimiento, la liberación y la modificación de sesiones multimedia [26]. Está diseñado de acuerdo al modelo de Internet y por tanto hereda ciertas funcionalidades de los protocolos HTTP y SMTP; se apoya específicamente sobre el modelo transaccional cliente/servidor. El direccionamiento utiliza el concepto URL SIP parecido a una dirección E-mail, por tanto cada participante en una red SIP es entonces alcanzable por medio de una URL SIP [27], [28]. Es un protocolo de señalización extremo a extremo que implica que el estado de la conexión y toda la lógica son almacenados en los dispositivos finales (excepto el enrutado de los mensajes SIP). El precio a pagar por esta capacidad de distribución y su gran escalabilidad es una sobrecarga en la cabecera de los mensajes producto de tener que mandar toda la información entre los dispositivos finales [29]. Se compone de dos entidades fundamentales: los clientes y los servidores de red [30], [31]. De manera más precisa, estos componentes son:.

(22) CAPÍTULO 1. ENTORNO PARA LA ENSEÑANZA DE LA TECNOLOGÍA VOIP. 11. Agente Usuario (UA): Sistema final que modela el comportamiento de un usuario [32]. Formado por los componentes: User Agent Client (UAC) y el User Agent Server (UAS). Un UAC es una entidad lógica que genera peticiones SIP y recibe respuestas a esas peticiones. Un UAS es una entidad lógica que genera respuestas a las peticiones SIP [33]. Registrar Server: Servidor que acepta peticiones de registro de los usuarios y guarda la información de estas peticiones para suministrar un servicio de localización y traducción de direcciones en el dominio que controla [34]. Proxy Server: Realiza las peticiones a nombre de un UA hacia otro proxy u otro UA. Su tarea más importante es la de encaminar las invitaciones de sesión hacia el UA solicitado [31]. Redirect Server: Entidad que escucha peticiones y responde (no reenvía solicitudes) al solicitante la nueva localización del llamado. Este tipo de servidor contesta con mensajes SIP de clase 3XX [35]. SIP define la comunicación a través de dos tipos de mensajes: los métodos (definidos por el RFC 3261) y las respuestas (resultado de recibir e interpretar un requerimiento SIP) [33], [36], [37]. En el Anexo A se describen los elementos para cada caso. IAX2 IAX2 es un protocolo robusto pero muy simple en comparación con otros protocolos VoIP. Al ser binario está diseñado y organizado de manera tal que reduce la carga de flujos de audio y por tanto logra manejar grandes cantidades de estos datos, permitiendo que pueda ser utilizado para transportar virtualmente cualquier tipo de información. Esta capacidad lo hace muy útil para realizar videoconferencias o realizar presentaciones remotas [38]. Otra de las ventajas que presenta es que logra evitar los problemas de NAT al utilizar un único puerto UDP, generalmente, el 4569, para las comunicaciones entre los terminales VoIP [39]. Además también soporta Trunking (función para conectar dos switchs, routers o servidores), donde un simple enlace permite enviar datos y señalización por múltiples canales [14]. Cuando se realiza trunking, los datos de múltiples llamadas son manejados en un único conjunto de paquetes, lo que significa que un datagrama IP puede entregar información para más llamadas sin crear latencia adicional. Esto es una gran ventaja para los usuarios de VoIP, donde las cabeceras IP son un gran porcentaje del ancho de banda utilizado [38]..

(23) CAPÍTULO 1. ENTORNO PARA LA ENSEÑANZA DE LA TECNOLOGÍA VOIP. 12. Sin embargo, este protocolo puede no resultar efectivo durante el establecimiento de llamadas simultáneas VoIP, debido a que la señalización y el flujo de audio viajan en conjunto pasando por el servidor de telefonía IP antes de llegar a su destino, lo cual puede provocar una sobrecarga en el servidor si este no cumple con los requerimientos de hardware necesarios [40]. MGCP El protocolo MGCP (Media Gateway Control Protocol) es otro estándar de señalización para VoIP desarrollado por la IETF [13]. Es un protocolo de control master-slave que coordina las acciones de los gateways. El controlador de gateway, llamado Call Agent, dirige la información de la señal de control de la llamada, mientras que los gateways informan a los controladores del servicio de los eventos. En la mayoría de los casos el Call Agent informa a los gateways para comenzar una sesión RTP entre los dos puntos de la conexión [41]. MEGACO Este protocolo se define en la Recomendación H.248 de la ITU-T. El protocolo H.248 o MEGACO permite la conmutación de llamadas de voz, fax y multimedia entre la red PSTN y las redes IP. Tiene su origen en el protocolo MGCP y proporciona un control centralizado de las comunicaciones y servicios multimedia a través de redes basadas en IP [42]. Funcionalmente, es un protocolo de señalización utilizado entre los elementos de una arquitectura distribuida que incluye Media Gateway y controladores de Media Gateway (Call Agent) [43]. 1.2.2. Códecs VoIP. Un algoritmo compresor/de-compresor (códec) es un conjunto de transformaciones utilizadas para digitalizar la voz. Existen muchas formas de digitalizar audio y cada una de esas formas resulta ser un tipo de códec diferente. En general se puede asumir que a mayor compresión se va a obtener mayor distorsión (peor calidad). Un códec se considera mejor que otro cuando es capaz de ofrecer mejor calidad de voz usando la misma cantidad de ancho de banda [44]. A continuación se describen los códecs más utilizados en audio para VoIP:.

(24) CAPÍTULO 1. ENTORNO PARA LA ENSEÑANZA DE LA TECNOLOGÍA VOIP. 13. G.711 G.711 es uno de los códecs más usados de todos los tiempos, es un estándar de la ITU-T que fue liberado en 1972 [31]. Una de sus características es la calidad de voz debido a que casi no la comprime. Utiliza 64 Kbps, es decir un muestreo de 8 bits a 8 KHz [45]. Es el códec recomendado para redes LAN pero no debe ser utilizado en enlaces remotos debido al alto consumo de ancho de banda [31]. Para este estándar existen dos métodos principales: μ-Law, utilizada en los Estados Unidos y Japón; y a-Law, utilizada en Europa y el resto del mundo [31]. Ambos métodos tienen una curva basada en perfiles logarítmicos, pero el a-Law fue específicamente diseñado para ser implementado con facilidad por métodos digitales [46]. G.729 También se trata de una recomendación ITU-T cuyas implementaciones han sido históricamente licenciadas. La ventaja en su utilización radica, principalmente, en su alta compresión y por ende bajo consumo de ancho de banda haciéndolo atractivo para comunicaciones por Internet [39]. Pese a su alta compresión no deteriora la calidad de voz significativamente y por esta razón ha sido ampliamente usado a través de los años por fabricantes de productos de VoIP [31]. Este estándar opera a una tasa de 8 Kbps, pero existen extensiones, las cuales suministran también tasas de 6.4 Kbps y de 11.8 Kbps para peor o mejor calidad en la conversación respectivamente [15], [31]. GSM Este códec utiliza el estándar GSM empleado en comunicaciones celulares. Sus principales ventajas se asocian con la calidad de voz y la compresión aproximadamente a 13 Kbps [31]. 1.2.3. Equipamiento. Los elementos o también llamados dispositivos de VoIP son los que conforman red en general y cada uno juega un papel importante en el sistema para la comunicación con cualquier terminal. A continuación se especifican las características y funciones de cada uno..

(25) CAPÍTULO 1. ENTORNO PARA LA ENSEÑANZA DE LA TECNOLOGÍA VOIP. 14. Servidor de Telefonía IP (softswitch) Provee el manejo y funciones administrativas para soportar el enrutamiento de llamadas a través de la red IP. Puede adoptar diferentes nombres dependiendo del protocolo de señalización utilizado. Así en un sistema basado en el protocolo H.323, el servidor es conocido como Gatekeeper; en un sistema SIP, como servidor SIP; y en un sistema basado en MGCP o MEGACO, como Call Agent. El servidor es un elemento opcional, puede ser un equipo diseñado específicamente para este propósito o puede estar basado en software, y en caso de existir, todas las comunicaciones pasan por él [3], [30]. Adaptadores IP Los adaptadores IP son dispositivos hardware que permiten conectar un teléfono analógico a la red IP utilizando protocolos de VoIP [15]. . FXS (Foreing Exchange Station): Conector que permite interactuar con teléfonos analógicos.. . FXO (Foreign Exchange Office): Tarjeta en la PC que permite interactuar con la red de telefonía pública.. . Adaptador para Teléfonos Analógicos (ATA): Dispositivo electrónico utilizado para habilitar uno o más teléfonos analógicos para llamadas y faxes sobre VoIP a través de interfaces FXS. El ATA, básicamente, crea una conexión física mediante el uso de cables de Internet y de teléfonos, entre un teléfono convencional o fax y una computadora o gateway Ethernet [47]. Soporta los protocolos SIP o IAX2 normalmente y varios códecs entre ellos el G.729, que es el más utilizado [15].. Teléfono IP (Hardphones) Son teléfonos que se conectan directamente a la red IP. Soportan generalmente solo un protocolo de VoIP y diferentes códecs [15]. Algunos de ellos, como los teléfonos CISCO poseen características de un switch y cuentan con tres puertos: un primer puerto RJ-45 que se conecta a un switch o a otro dispositivo VoIP, un segundo puerto que es la interfaz por la cual se envía el tráfico VoIP y un tercer puerto RJ-45 que se conecta a una PC u otro dispositivo VoIP..

(26) CAPÍTULO 1. ENTORNO PARA LA ENSEÑANZA DE LA TECNOLOGÍA VOIP. 15. Algunas características adicionales que poseen estos teléfonos son: conector para audífonos y micrófono, pantalla con display, manos libres, etc. [36]. Softphones Un softphone es una aplicación cliente de VoIP ejecutándose en un computador o dispositivo móvil inteligente. Se utiliza para realizar llamadas VoIP a otros softphones, teléfonos IP o teléfonos convencionales. Emplea los protocolos VoIP para transportar el tráfico de audio en paquetes IP entre los dispositivos de la red. Las aplicaciones utilizadas para procesar llamadas no son consideradas softphones [48]. A continuación la tabla 1.1 muestra un resumen de los más utilizados. Tabla 1.1. Resumen de softphones más utilizados. Elaboración propia.. Características. X-Lite. Zoiper. Yate Client. Spark. Blink. Protocolos. SIP, STUN, ICE, TURN. SIP, IAX2. SIP, IAX2, XMPP, H.323. XMPP. ICE, SIP, MSRP, RFB (VNC), XCAP. Códecs. H.263, H.263+, G.711, iLBC, Speex. G.711 (a-Law y μ-Law), GSM, iLBC, Speex, G.729 (versión BIZ). G.711 (a-Law y μ-Law), GSM, iLBC, Speex, G.723, G.726, G.728, G.729. -. Opus, speex, G.722, GSM, iLBC, PCMU, PCMA. OS. Windows, MacOSX. GNU/Linux, Windows, MacOSX. Linux, Windows, Mac OSX. Windows, Mac OS, Linux. GNU/Linux, Mac OS, Windows. Funciones PBX (conferencias, llamadas en espera, transferencia de llamadas, etc.). Sí. Sí. Sí. No. No. Multilíneas. No. Sí. Sí. No. No. 1.2.4. Tipos de arquitecturas. La arquitectura de una red utilizando la tecnología VoIP se clasifica en: centralizada y distribuida. A continuación se describen cada una de estas a partir de los protocolos de señalización que utilizan para el transporte de datos IP [49]..

(27) CAPÍTULO 1. ENTORNO PARA LA ENSEÑANZA DE LA TECNOLOGÍA VOIP. 16. Centralizada Esta arquitectura está asociada con los protocolos IAX2, MGCP y MEGACO de los cuales los dos últimos fueron diseñados para un dispositivo centralizado llamado Controlador Media Gateway que maneja la lógica de conmutación y el control de llamadas. La ventaja de este modelo es precisamente que logra concentrar la administración y el control de llamadas [49]. Distribuida Esta arquitectura está asociada con los protocolos H.323 y SIP los cuales permiten que la inteligencia de la red sea distribuida entre dispositivos de control de llamadas y los puntos finales (clientes VoIP). La inteligencia en esta instancia se refiere a establecer la comunicación, características de llamadas, enrutamiento, provisión, facturación, entre otros. La ventaja de este modelo está dada por su flexibilidad [49]. 1.2.5. Calidad de Servicio en VoIP. Los principales problemas de la calidad de servicio en VoIP se describen a continuación [29]: Latencia: sinónimo de retardo y mide el tiempo que tarda un paquete en viajar de un punto a otro. Para mejorar la calidad de las conversaciones VoIP es necesario reducir la latencia al máximo, dando máxima prioridad al tráfico de voz [15]. El valor recomendado para que la latencia sea aceptable debe ser inferior a 150 ms [29], [50]. Jitter: es una medida de la variación de la latencia y es de gran interés para el tráfico en tiempo real. Es un parámetro que solo se presenta en redes de conmutación de paquetes. En un ambiente de paquetes de voz se espera transmitir confiablemente paquetes a intervalos regulares, pero estos paquetes pueden no llegar en estos intervalos regulares de tiempo a la terminal receptora [50], [29]. El valor recomendado para que el jitter sea aceptable debe ser inferior a 100ms [51]. Eco: se produce por un fenómeno técnico que es la conversión de dos a cuatro hilos de los sistemas telefónicos o por un retorno de la señal que se escucha por los altavoces y se cuela de nuevo por el micrófono [29]. Se define como una reflexión retardada de la señal acústica original. Los principales productores de eco en la telefonía VoIP son las interfaces FXS y FXO, su calidad incide directamente en la calidad de la voz. El eco es especialmente molesto.

(28) CAPÍTULO 1. ENTORNO PARA LA ENSEÑANZA DE LA TECNOLOGÍA VOIP. 17. cuanto mayor es la latencia y su intensidad; la latencia suele ser mayor que en la red de telefonía tradicional [39]. Pérdida de paquetes: es un fenómeno común en las redes VoIP. En estas redes de conmutación de paquetes la información al ser fragmentada y viajar de forma independiente puede atravesar en su camino hacia el destino diferentes equipos. En este contexto, cuando se produce congestión en el router se producen pérdidas. Para el tráfico en tiempo real como la voz, la retransmisión de tramas perdidas en la capa de transporte no es práctica por ocasionar una latencia adicional, derivando de esto que sea habitual el transporte UDP. Trabajando con este protocolo, los paquetes que no son recibidos en el destino no son reenviados [13]. El valor de pérdida de paquetes máximo admitido para que no se degrade la comunicación deber ser inferior al 1% [29]. Ancho de banda insuficiente: El ancho de banda de las comunicaciones es limitado y suele estar compartido por numerosas aplicaciones. En conexiones a Internet el ancho de banda se define técnicamente como la cantidad de información o de datos que se pueden enviar a través de una conexión de red en un período de tiempo dado [52]. Depende del códec que se utiliza. Por ejemplo para una comunicación usando el códec G.711 la voz se codifica a 64 Kbps, al añadir cabeceras para empaquetar los paquetes de voz se requieren, aproximadamente, 80 Kbps de ancho de banda para una sola conversación. Si se utiliza un códec como el G.729 que comprime más y que codifica la voz a 8 Kbps se necesita, al añadirle las cabeceras, unos 24 Kbps de ancho de banda para mantener una conversación [52]. Para cada uno de los problemas anteriormente descritos se han desarrollado técnicas o mecanismos que permiten contrarrestar los efectos en la redes VoIP [51]. En el caso de la latencia además de priorizar los paquetes de audio y video, se puede aumentar el ancho de banda. Ante las variaciones del retardo, se utiliza el jitter buffer que implica menos pérdida de paquetes pero un aumento de la latencia, mientras que una disminución implica menos latencia pero mayor pérdida de paquetes. Para este último caso, se espera que el aumento de mecanismos de QoS como la prioridad en las colas, la reserva del ancho de banda o enlaces de mayor velocidad puedan reducir los problemas que ocasiona. En el tratamiento del eco también hay dos posibles soluciones: los supresores y los canceladores de eco que evitan este efecto tan molesto durante una conversación. Para la pérdida de.

(29) CAPÍTULO 1. ENTORNO PARA LA ENSEÑANZA DE LA TECNOLOGÍA VOIP. 18. paquetes se utiliza una técnica muy eficaz que es no transmitir los silencios de las conversaciones y solo la información audible, logrando liberar los enlaces y evitar la congestión en la red. Si se dispone de un ancho de banda insuficiente los mecanismos son: aumentar el ancho de banda a través del pago a un proveedor, reducir su consumo por parte de otras aplicaciones como por ejemplo las descargas de archivos o quizás la variante más utilizada en redes VoIP, el empleo de un códec con mayor compresión (G.729) [51]. 1.2.6. Seguridad. Los sistemas VoIP dependen de una red de datos, lo cual significa debilidad en la seguridad y que los tipos de ataques asociados a cualquier red de datos son posibles. En estos sistemas la voz es convertida en paquetes IP que pueden viajar a través de muchos puntos de acceso a la red por tanto existen numerosos posibles puntos donde la información pudiera ser interceptada por intrusos [53], [54]. A continuación se especifican algunos de los elementos que pueden encontrarse relacionados con los problemas de seguridad en este tipo de redes: . Los softphones, susceptibles debido al predominio de técnicas de ataques a sistemas PC. Estos ataques incluyen vulnerabilidades del sistema operativo, de aplicaciones, de servicios, gusanos, virus, y otros tipos de malware [53].. . Los protocolos, por ejemplo el H.323 que es asegurado mediante el uso de TLS, donde el puerto TCP 1300 (predefinido) tiene que ser usado para el establecimiento del canal de conexión de llamada y donde no otro mecanismo de seguridad está disponible para la primera conexión. Este puerto fijo y bien conocido puede ser una amenaza para el protocolo [53]. bb. . Servicios de red VoIP como el correo electrónico que puede ser utilizado para robar identidades y dinero. Esta categoría de ataque se conoce como vishing (VoIP phishing, o robo de identidad sobre VoIP) [53], [54]..

(30) CAPÍTULO 1. ENTORNO PARA LA ENSEÑANZA DE LA TECNOLOGÍA VOIP. 1.3. 19. Soluciones de hardware y software de la tecnología VoIP. A continuación se hace una descripción de las soluciones VoIP más conocidas y consolidadas, basadas tanto en hardware como en software, que pueden ser utilizadas en ambientes de prueba de la tecnología VoIP. 1.3.1. Soluciones de hardware. Cisco Call Manager Cisco ® CallManager Express es una solución integrada en el software Cisco IOS® que permite a los teléfonos IP de Cisco el procesamiento de las llamadas. Esta solución permite a los routers de acceso ofrecer características telefónicas similares a las que suelen emplear los usuarios empresariales para satisfacer los requisitos de la pequeña empresa brindando una comunicación por IP eficaz, económica y muy fiable [55]. Mitel Mitel proporciona soluciones de comunicaciones unificadas y aplicaciones flexibles y sencillas para empresas de todos los tamaños. Combina una amplia gama de servicios gestionados que incluyen diseño de redes de voz y datos, desarrollo de aplicaciones a medida y opciones de financiación. Mitel está redefiniendo la forma en que las organizaciones adquieren ventajas competitivas por medio de la colaboración y comunicación con sus clientes, trabajadores y socios [56], [57]. 1.3.2. Soluciones de software. Asterisk Asterisk es una centralita digital diseñada en software libre que integra las funcionalidades de la telefonía clásica con nuevas capacidades derivadas de su flexible y potente arquitectura. Permite la conectividad en tiempo real entre las redes PSTN y redes VoIP [15]. Creada, originariamente, para funcionar sobre el sistema operativo GNU/Linux pero actualmente puede funcionar en toda una variedad de sistemas, aunque Linux sigue siendo el que más soporte presenta (tabla 1.2) [15]. Asterisk incluye muchas características que anteriormente solo estaban disponibles en costosos sistemas propietarios PBX IP, como buzón de voz, conferencias, IVR, distribución.

(31) CAPÍTULO 1. ENTORNO PARA LA ENSEÑANZA DE LA TECNOLOGÍA VOIP. 20. automática de llamadas, Trunking y otras muchas. Los protocolos de señalización VoIP así como los códecs soportados se muestran en la tabla 1.2 [58]. Cuenta con un esquema de doble licencia, la licencia de software libre GPL (General Public License) y otra licencia propietaria para permitir códec propietario como el del códec G.729. Cuenta con una gran comunidad de programadores que contribuyen con su desarrollo [15]. Yate Yate (Yet Another Telephone Engine) es una solución fundamentada en software libre, que actúa como un servidor y que permite interactuar con las centrales tradicionales de la PSTN, sin embargo, esta aplicación puede ser usada tanto como servidor y cliente SIP, como portal de salida de VoIP hacia PSTN, como servidor y como cliente IAX2, entre otros [59]. Está desarrollado bajo lenguaje de programación C++, pero soporta scripts bajo diferentes lenguajes. Soporta los protocolos y códecs regulares de VoIP especificados en la tabla 1.2. Su potencial radica en la flexibilidad para poder ser ampliado y de utilizar voz, video, datos y mensajería instantánea de forma unificada. Además es estable, escalable y portable, aunque prioriza el código claro antes que optimizar el rendimiento [58]. OpenPBX Es la competencia directa de Asterisk. Ha sido desarrollado y diseñado por la compañía Nulit y su nombre oficial es Callweaver. Contiene todas las características encontradas comúnmente en soluciones comerciales al costo de una computadora portátil. Funciona únicamente con el sistema operativo Linux [60]. Las principales características son la administración remota, la integración con centrales telefónicas, interconexión entre diferentes OpenPBX y un costo más bajo que una solución propietaria. Integra también correo de voz por mail, auto-discado, auto-atención de llamadas, música en espera, conferencia, grupos, identificación de llamadas, líneas telefónicas seguras. Al igual que Asterisk esta PBX IP utiliza tanto los viejos teléfonos analógicos como también teléfonos IP de última generación. Como valor agregado, OpenPBX tiene un sistema de recepción y envío de correos electrónicos como fax [60]. FreeSWITCH FreeSWITCH es una plataforma de comunicaciones de software libre y de código abierto para la creación de productos de voz, mensajería instantánea y video, fue anunciado por.

(32) CAPÍTULO 1. ENTORNO PARA LA ENSEÑANZA DE LA TECNOLOGÍA VOIP. 21. primera vez en enero del 2006 y soporta un nutrido grupo de protocolos como SIP, IAX2, H.323, XMPP y Google Talk (Jingle) entre otros. Las aplicaciones desarrolladas hacen uso de la librería FreeSwitch que está escrita en numerosos lenguajes de programación, como por ejemplo C, C++, JavaScript, Perl, Python, etc. [60]. 1.3.3. Comparativa de las soluciones. En el proceso de selección de la solución VoIP que mejor se ajuste a un ambiente de laboratorio de esta tecnología se debe tener en cuenta los siguientes aspectos: costo de la solución,. facilidad. de. implementación. y. gestión,. flexibilidad,. escalabilidad,. interoperabilidad, entre otros. Teniendo en cuenta el aspecto económico, es evidente que las soluciones de software constituyen la opción más factible, ya que como principio de diseño utilizan hardware de propósito general (PC), logrando simplificar el equipamiento del laboratorio. Además, si la solución es de software libre y código abierto, la implementación se abarata considerablemente. Dentro de las soluciones PBX IP de software libre, Asterisk es una de las soluciones con mayor documentación asociada que alcanza a cubrir los requisitos que se necesitan en la implementación de una infraestructura de laboratorio VoIP (tabla 1.2). A continuación se listan los criterios que tienen que ver con su elección como solución para ambientes de prueba de esta tecnología: Interoperabilidad: Asterisk no es únicamente una plataforma para telefonía IP, sino que, debido a su diseño, es un integrador de servicios de telefonía (medios tradicionales de comunicación con nuevos servicios basados en redes IP). Gracias a este planteamiento, se pueden aprovechar las infraestructuras ya existentes, como terminales telefónicos o líneas de comunicaciones, e integrarlas con nuevos servicios. Es capaz de interoperar protocolos SIP, IAX2, H.323, MGCP y SCCP/Skinny, así como soportar los estándares de telefonía tanto europeos como americanos. Flexibilidad y escalabilidad: El software es muy modular y está estructurado en capas. Ofrece cuatro tipos distintos de vías o interfaces para que otras aplicaciones puedan acceder a toda la funcionalidad que ofrece. Como resultado, la integración de otras aplicaciones se realiza.

(33) CAPÍTULO 1. ENTORNO PARA LA ENSEÑANZA DE LA TECNOLOGÍA VOIP. 22. de una forma natural abriendo un mundo de posibilidades para la creación de sistemas complejos y de nuevos servicios. Funcionalidad: Dispone de las mismas funcionalidades de grandes centralitas telefónicas como lo son (Siemens, Cisco, Alcatel, Avaya, etc.), desde las más básicas (desvíos, capturas, transferencias, multiconferencias, entre otras) hasta las más avanzadas (buzones de voz, IVR, entre otras). Tabla 1.2. Resumen de las soluciones PBX IP de software. Elaboración propia.. Características. Asterisk. Yate. OS. Linux/BSD, Mac OS X, Solaris. BSD, Linux, Mac OS, Windows. Propietario. Digium. Licencia. Protocolos. Linux/BSD, Mac OS X, Solaris, Windows. Null Team. OpenPBX GNU/Linux, FreeBSD, NetBSD, OpenBSD, MacOS X/Darwin, Open/Solaris Nulit. FreeSWITCH. GPL/Propietario. GPL. GPLv2. Mozilla Public License. SIP, H.323, IAX2, MGCP, VOFR, XMPP, Google Talk, TDM. SIP, IAX2, H.323, ISDN, XMPP (Jabber), Google Talk, MGCP, SS7 sobre IP, Cisco SLT, SCTP, SCCP. H.323, IAX2, MGCP, SIP, SCCP. SIP, NAT-PMP, STUN, SIMPLE, XMPP, Google Talk, IAX2, H.323, MRCP, RSS, Skype. FreeSWITCH. Códecs. G.711 (a-Law y μ-Law), GSM,iLBC , speex, G.722, G.723, G.726, G.729. G.711 (a-Law y μ-Law), GSM, iLBC, G.723, G.726, G.728, G.729. G.711 (a-Law y μ-Law), G.722, G.726, GSM, speex. G.711 (a-Law y μ-Law), G.722, G.722.1, G.7221c, G.726, G.729, GSM, CELT y Opus, iLBC, SKIL, speex, G.723.1. Últimas versiones liberadas. 11.22.0 (29/3/2016), 13.8.0 (29/3/2016). 5.5 (5/2015). 1.2.1 (5/2019). 1.6.7 (4/2016). Existen varias soluciones que utilizan a Asterisk como PBX IP tales como Elastix, Trixbox, AsteriskNOW y FreePBX (tabla 1.3). En este caso se elige la distribución Elastix basada en.

(34) CAPÍTULO 1. ENTORNO PARA LA ENSEÑANZA DE LA TECNOLOGÍA VOIP. 23. el sistema operativo CentOS, la cual integra en una sola solución diferentes medios de comunicación y además, posee herramientas de administración bajo una misma interfaz web aportándole alto grado de usabilidad. Tabla 1.3. Resumen de distribuciones que utilizan Asterisk. Elaboración propia.. Características. Elastix. Trixbox. AsteriskNOW. FreePBX. OS. CentOS/Linux. CentOS/Linux. CentOS/Linux. Linux, BSD, Solaris. Propietario. PaloSanto Solutions. Fonality. Digium. Sangoma Technologies Corporation. Licencia. GPL. GPL (versión estándar) y Propietario (versión empresarial). GPL. GPL. Protocolos. SIP, IAX2, H323, XMPP, MGCP, SKINNY. SIP, H.323, IAX2, MGCP, SCCP. SIP, H.323, IAX2, MGCP, SCCP. SIP, IAX2, H323,XMPP. Códecs. ADPCM, G.711 (a-Law y μLaw), G.722, G.723.1 (pass through), G.726, G.729 (por licencia), GSM, iLBC. ADPCM, G.711 (a-Law y μ-Law), G.722, G.723.1 (pass through), G.726, G.729 (por licencia), GSM, iLBC. G.711 (a-Law & μLaw), G.722, G.723.1, G.726, G.729, GSM, iLBC, speex. G.711 (aLaw y μLaw), G.722, G.726, iLBC, G.729 , speex, GSM, G.723. Integrador de comunicaciones. Sí. No. No. No. Interfaz web. Sí. Sí. Sí. Sí. Últimas versiones liberadas. 2.5.0 (estable), 3.0.0 (estable). 2.8.04. 6.12 (Astersik 11 o 13), 5.211 (Astersik 1.8 o 11). 12.0 (10/2014). 1.4. Conclusiones del capítulo. Para la implementación de una infraestructura de laboratorio de la tecnología VoIP es necesario tener en cuenta criterios de diseño tales como: funcionalidad elevada, independencia, visibilidad, robustez y flexibilidad. Además para poder establecer comunicaciones VoIP con una calidad adecuada se debe cumplir con determinados requisitos.

(35) CAPÍTULO 1. ENTORNO PARA LA ENSEÑANZA DE LA TECNOLOGÍA VOIP. 24. de QoS, tales como: valores de latencia inferiores a 150 ms, un jitter por debajo de los 100 ms y pérdida de paquetes menor que el 1 %. En cuanto a las soluciones de VoIP se puede concluir que existen varias implementaciones de PBX IP que pueden ser utilizadas con facilidad en ambientes de prueba, de las cuales las soluciones de software son las que mayores beneficios brindan. Dentro de estas Asterisk es la más adecuada, ya que es software libre, posee una amplia documentación asociada y está presente en muchos proyectos que usan su módulo de telefonía IP como base. Dentro de estos proyectos el más popular es la distribución Elastix, por ser una solución que brinda comunicaciones unificadas..

(36) CAPÍTULO 2. IMPLEMENTACIÓN DE UNA INFRAESTRUCTURA DE LABORATORIO VOIP. 25. CAPÍTULO 2. Implementación de la infraestructura de laboratorio VoIP. En el presente capítulo se diseña la infraestructura de laboratorio VoIP a implementar. Se detallan las características y funcionalidades de la distribución Elastix, solución utilizada en el presente trabajo, así como el procedimiento a seguir para su instalación. Por último, se evalúan los distintos analizadores de protocolos, actualmente disponibles, y su viabilidad para ser utilizados en el ámbito de un laboratorio VoIP. 2.1. Diseño de la arquitectura. Para llevar a cabo el diseño de la infraestructura de laboratorio VoIP es necesario tener en cuenta requerimientos tales como: la capacidad del local, características del hardware y software necesarios, la topología de la red del laboratorio y el modelo funcional de la arquitectura. A continuación se exponen los detalles. 2.1.1. Requerimientos. Se debe disponer de un espacio físico para la ubicación de dicho laboratorio con una capacidad de 20 estudiantes y un máximo de 2 estudiantes por PC además de la estación del profesor [61], tal y como se muestra en la figura 2.1..

(37) CAPÍTULO 2. IMPLEMENTACIÓN DE UNA INFRAESTRUCTURA DE LABORATORIO VOIP. 26. Figura 2.1. Distribución en planta del laboratorio. Elaboración propia.. La topología de la arquitectura de red del laboratorio debe incluir una PC que funja como servidor de VoIP. Se utiliza el hipervisor Proxmox para la virtualización de la PC y sobre este se ejecuta la VM correspondiente con la distribución Elastix. Los requerimientos mínimos de hardware para esta PC son 512 MB de memoria RAM, Disco duro de 40 GB y cualquier procesador Pentium [62]. Para implementar hasta 25 conversaciones simultáneas la VM de Elastix debe tener disponibles como mínimo 1 GB de RAM y 800 MHz, por lo que la PC física debe tener una RAM mayor de 1 GB [63]. Por otra parte, se utiliza una PC cumpliendo el rol de servidor de ficheros para almacenar los materiales y medios necesarios por los estudiantes para realizar las prácticas (guías, ficheros de configuración, instaladores, VM preinstaladas, entre otros). También se puede añadir un AP para posibilitar la conexión de clientes WiFi al laboratorio y utilizar VoIP sobre WiFi. La figura 2.2 muestra la topología de la arquitectura de red descrita anteriormente..

(38) CAPÍTULO 2. IMPLEMENTACIÓN DE UNA INFRAESTRUCTURA DE LABORATORIO VOIP. 27. Figura 2.2. Topología de la arquitectura de red del laboratorio VoIP. Elaboración propia.. Además se requiere que las estaciones de los estudiantes y del profesor cumplan, como mínimo, con los siguientes requerimientos: 2 GB de RAM, 40 GB de espacio libre en el disco duro, Sistema Operativo Windows XP. Para la ejecución satisfactoria de las tareas docentes que pretenden desarrollarse a partir de la implementación del laboratorio VoIP, es necesario que las estaciones estén equipadas con determinadas aplicaciones de software tales como (Anexo B): . VMware Workstation: software de virtualización que simula un sistema físico con características de hardware determinadas. Versión utilizada VMware Workstation versión 12.1.0 [64].. . Navegador web: permite visualizar las páginas web que se encuentran alojadas en los servidores de Internet. Preferiblemente se recomienda utilizar Mozilla Firefox versión 46.0.1. [65].. . Softphone: aplicación cliente de VoIP ejecutándose en un computador o dispositivo móvil inteligente. Debe presentar compatibilidad con los protocolos SIP, IAX2 y XMPP y con los sistemas operativos Windows, Android y Linux. Se seleccionan los softphones Zoiper versión 3.6 para Windows, versión 1.36 para Android y versión 3.3 para Linux, así como el cliente de mensajería instantánea Spark versión 2.7.6..

(39) CAPÍTULO 2. IMPLEMENTACIÓN DE UNA INFRAESTRUCTURA DE LABORATORIO VOIP. . 28. Analizador de protocolos: programa de captura de las tramas de una red de computadoras. Su utilización dentro del laboratorio se debe a que este tipo de herramientas es útil para el estudio de los protocolos de VoIP [66].. . Microsoft Office: suite de oficina el cual incluye las aplicaciones Microsoft Word, utilizado para interactuar con las guías de laboratorio y Microsoft Excel, para crear ficheros complementarios de configuración de los servicios que brinda la distribución Elastix [67].. 2.1.2. Modelo funcional de la arquitectura del laboratorio VoIP. La arquitectura del laboratorio VoIP se divide en dos bloques funcionales que constituyen los puntos: extremos e intermedio dentro de una comunicación utilizando la tecnología VoIP. Para el caso de este laboratorio se utilizan los protocolos y códecs especificados (figura 2.3).. Figura 2.3. Modelo funcional de la arquitectura de laboratorio VoIP. Elaboración propia.. La distribución Elastix presenta una arquitectura modular con una distribución bien definida de los bloques que la componen: Hardware, Interfaz Web, Framework, Capa de Comunicaciones, Software Complementario y Addons tal como se muestra en la figura 2.4 (a). El servicio de telefonía dentro del módulo de comunicaciones utiliza la arquitectura propia de Asterisk la cual depende del núcleo principal del sistema como se muestra en la figura 2.4 (b)..

(40) CAPÍTULO 2. IMPLEMENTACIÓN DE UNA INFRAESTRUCTURA DE LABORATORIO VOIP. (a). 29. (b). Figura 2.4. (a) Arquitectura modular de Elastix. (b) Arquitectura de Asterisk. Elaboración propia.. El núcleo del sistema Asterisk se basa principalmente en cuatro componentes: Gestión de Módulos, Temporizador de Sistema, Gestión de Canales e Interfaces de Sistema. La estructura de Asterisk es totalmente independiente de los dispositivos, troncales, y demás útiles externos al mismo. En la gran parte de las PBX tradicionales, es muy común observar el hecho que existen estructuras lógicas para diferenciar entre los teléfonos y otros dispositivos de telefonía como faxes, y por otro lado líneas entrantes como troncales primarios, líneas RDSI, etc. En Asterisk este concepto no existe, todo entra al sistema como un canal genérico y luego es gestionado de forma integral. Aunque sean diferenciados todos se gestionan de la misma forma y por eso, incluso los recursos externos pueden llegar a ser manejados dentro de las posibilidades, de la misma forma, que una extensión SIP interna [68]. 2.2. Implementación de la distribución Elastix. Elastix es un software de código abierto para el establecimiento de comunicaciones unificadas. Pensando en este concepto el objetivo de Elastix es el de incorporar en una única solución todos los medios y alternativas de comunicación existentes en el ámbito empresarial [69]..

(41) CAPÍTULO 2. IMPLEMENTACIÓN DE UNA INFRAESTRUCTURA DE LABORATORIO VOIP. 2.2.1. 30. Características. Elastix implementa gran parte de su funcionalidad sobre cuatro programas de software: Asterisk, Hylafax, Openfire y Postfix. Estos brindan las funciones de PBX, Fax, Mensajería Instantánea y Correo electrónico, respectivamente. Algunas de sus características básicas incluyen correo de voz, fax-a-email, soporte para softphones, interfaz de configuración web, sala de conferencias virtuales, grabación de llamadas, Least Cost Routing, Roaming de Extensiones, interconexión entre PBXs, integración con servicios externos (CRM, Bases de Datos, etc.), reportación avanzada, Market Place con desarrollos adicionales, entre otras [70]. 2.2.2. Funcionalidades. El listado de funcionalidades de Elastix es extenso pero para la transmisión de voz sobre protocolo internet las más importantes son: PBX . Grabación de llamadas con interfaz vía web.. . Voicemails con soporte para notificaciones por e-mail.. . IVR configurable y bastante flexible.. . Herramienta para crear lotes de extensiones lo cual facilita instalaciones nuevas.. . Cancelador de eco integrado.. . Soporte para video-teléfonos.. . Interfaz de detección de hardware de telefonía.. . Servidor DHCP para asignación dinámica de IPs a teléfonos IP.. . Panel de operador. Desde donde el operador puede ver toda la actividad telefónica de manera gráfica y realizar sencillas acciones drag-n-drop como transferencias, aparcar llamadas, etc.. . Reporte de detalle de llamadas (CDRs) con soporte para búsquedas por fecha, extensión y otros criterios.. . Tarificación con informes de consumo por destino..